Experimental and numerical analysis of nonlinear properties of rail fastening systems Yan Liu

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Yan Liu. Experimental and numerical analysis of nonlinear properties of rail fastening systems. Materials. Université Paris-Est; Tongji university (Shanghai, Chine), 2015. English. ￿NNT : 2015PESC1059￿. ￿tel-01219309￿

HAL Id: tel-01219309 https://pastel.archives-ouvertes.fr/tel-01219309 Submitted on 22 Aug 2016

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THESE

Pour obtenir le grade de

Docteur de l’Université Paris-Est Discipline: Mécanique

Présentée par

Yan LIU

Experimental and numerical analysis of nonlinear properties of

rail fastening systems

Soutenance le : 20/03/2015

JURY

Prof. Tianxing WU Rapporteur Shanghai Jiaotong University Prof. Qiang GUO Rapporteur Shanghai University Prof. Denis Duhamel Examinateur Ecole des Ponts ParisTech Prof. Rongying SHEN Examinateur Shanghai Jiaotong University Prof. Songliang LIAN Examinateur Tongji University SN ENGR Xun PENG Examinateur Jiangyin Haida Co., Ltd Prof. Honoré YIN Directeur de thèse Ecole des Ponts ParisTech Prof. Yanyun LUO Co-Directeur de thèse Tongji University

Résumé

Le besoin en isolation vibratoire des voies ferrées conduit de plus en plus souvent au recours à des systèmes d'attache de rail souples avec des designs sophistiqués. Par contre, les produits deviennent diversifiés mais leur conception se fait de manière empirique dans la pratique. Dans ce travail de thèse, deux systèmes d'attache de rail sont étudiés expérimentalement et numériquement: un système qui travaille principalement en cisaillement et l'autre en compression. Des essais quasi-statiques et dynamiques sont menés puis les résultats sont analysés à l'aide de différents modèles mécaniques. En plus, une série de tests sur les élastomères utilisés dans les deux systèmes sont réalisés. Ces tests permettent de choisir des modèles hyperélastiques et viscoélastique appropriés, et de déterminer les paramètres de propriétés mécaniques des élastomères dans ces modèles par des simulations Abaqus. En utilisant également Abaqus, des analyses par élément fini des deux systèmes d'attache sont effectués et les résultats sont comparés aux ceux des essais. Des non-linéarités d'origine matérielle et géométrique sont ainsi analysées et expliquées. Enfin, des études de sensibilité des paramètres sont effectuées, suivies d'études d'optimisation structurale. Cet étude devrait être utile pour une meilleure compréhension du comportement mécanique des systèmes d'attache de rail sous chargement statique et dynamique, et au final pour une meilleure pratique dans la conception et l'optimisation des produits.

Mots clés: systèmes d'attache de rail, expérience et modèle de mathématique, FEA, sensibilité des paramètres, optimisation structurale

Abstract

Higher demand on vibration isolation of structure in modern railway track leads to a trend of lower stiffness of rail fastening systems, places an increasing need for better design approach as well. However the current development status of rail fastening industry is dramatically diversified but mainly empirical. In this work, a shear type and a bonded compressed type of rail fastening systems are investigated experimentally and numerically. Quasi-static and dynamic experiments are car